Fluoressent nanozarrachalarning ultratovushli sintezi

Sunʼiy sintez qilingan fluoressent nanozarrachalar va kvant nuqtalari elektrooptika, optik maʼlumot saqlash, biokimyoviy tahlil hamda ilgʻor tibbiy diagnostikani qamrab oluvchi koʻplab qoʻllanish sohalariga ega, tub oʻzgarishlar keltiruvchi materiallar sifatida namoyon boʻldi. Anʼanaviy sintez usullari, ayniqsa sanoat miqyosida, koʻpincha zarrachalar oʻlchamining bir xilligini, kolloid barqarorlikni va yuqori kvant unumini taʼminlashda qiyinchiliklarga duch keladi. Ultratovushli sintez (sonokimyoviy sintez) yuqori sifatli fluoressent nanomateriallarni ishlab chiqarish uchun sodda, xavfsiz, takrorlanuvchan va miqyosini oson kengaytirish mumkin boʻlgan yondashuvni taqdim etuvchi, juda samarali va ishonchli muqobil usuldir.

Fluoressent nanozarrachalarni ultratovush yordamida tayyorlash

Suyuqliklar va suspenziyalarga yuqori quvvatli ultratovush qoʻllanganda, ultratovush toʻlqinlari yadrolanish va oʻsish dinamikasini aniq boshqaradigan kuchli mahalliy siljish kuchlari hamda mikrooqimlar hosil qiladi va natijada yuqori optik xususiyatlarga ega monodispers nanozarrachalar olinadi. Masalan, glyukoza kabi tabiiy boshlangʻich moddalarga bir bosqichda ultratovush bilan ishlov berish orqali zaharli metall oʻzaklarsiz, koʻrinadigan diapazondan yaqin infraqizil diapazongacha yorqin fotolyuminessensiya, kuchli yuqoriga konversiya qobiliyati va uzoq muddatli aʼlo barqarorlikni namoyon etadigan, suvda eruvchan oʻta kichik uglerod nanozarrachalari hosil qilinadi. Xuddi shuningdek, ultratovush bilan ishlov berishni nazorat qilinadigan choʻktirish bilan birlashtirish fluoressensiyani ajratish qobiliyati yaxshilangan hamda yutilish spektrlarida sezilarli batoxrom siljishlarni namoyon etadigan barqaror, agregatsiyalanmaydigan organik porfirin nanozarrachalarini tayyorlash imkonini beradi. Sintezdan tashqari, ultratovush nanosuspenziyalarni ishonchli dispersiyalash va deaglomeratsiyalash uchun afzal usul boʻlib qolmoqda, shu bilan birga sirtni yumshoq sharoitlarda funksionallashtirish va modifikatsiyalashni ham osonlashtiradi. Yumshoq, ekologik toza sharoitlarda ishlash qobiliyati bilan birga, ultratovushli sintez sanoat hamda biotibbiy qoʻllanish sohalarida yangi avlod fluoressent nanomateriallarini rivojlantirish uchun tayanch texnologiya hisoblanadi.

Fluoressent nanozarrachalarni ultratovush yordamida tayyorlash

Ultratovush bilan ishlov berish fluoressent xususiyatlarga, yuqori kvant samaradorligi va barqarorlikka ega, bir xil hamda yuqori kristallik darajasidagi nanozarrachalarning kolloid sintezini yaxshilaydigan sinalgan vositadir.
Ultratovush bilan ishlov berish quyidagilarga yordam beradi:

• Sintez
• Funksionallashtirish
• Modifikatsiyalash
• Dispersiyalash
• Deaglomeratsiyalash & Chigalliklarni yechish

Fluoressensiyaning yuqoriga konversiyasiga ega, suvda eruvchan uglerod nanozarrachalari

Li va boshq. (2010) bevosita glyukozadan monodispers, suvda eruvchan fluoressent uglerod nanozarrachalarini (CNPs) olish uchun yuqori samarali, bir bosqichli ultratovushli sintez usulini ishlab chiqdi. Kislota yoki ishqor katalizatori ishtirokida ultratovush bilan ishlov berish orqali jarayonda kuchli gidrodinamik siljish kuchlari va mahalliy yuqori bosim zonalarini hosil qilish uchun akustik kavitatsiyadan foydalaniladi. Bu kuchlar klassik LaMer yadrolanish modeliga muvofiq glyukozaning polimerlanishi va karbonlanishini yuzaga keltiradi, natijada diametri 5 nm dan kichik sferik nanozarrachalar hosil boʻladi.

Ushbu yondashuvning asosiy afzalligi shundaki, olingan CNPs gidroksil guruhlariga boy sirtlari tufayli tabiatan gidrofil boʻlib, sirtni qoʻshimcha modifikatsiyalash yoki zaharli sirtni qoplovchi agentlarni qoʻllash talab etilmasdan suvda erkin dispersiyalanadi. Ushbu «yashil» sintez anʼanaviy metall asosidagi kvant nuqtalaridan keskin farq qilib, yuqoriroq fotobarqarorlik, biologik moslik va ekologik xavfsizlikni taʼminlaydi.

Optik jihatdan bu oʻta kichik CNPs koʻrinadigan diapazondan yaqin infraqizil (NIR) diapazongacha yorqin, sozlanadigan fotolyuminessensiyani namoyon etadi. Xususan, ular kuchli yuqoriga konversiyali fluoressensiyani namoyon etadi va NIR nurlanishi bilan qoʻzgʻatilganda NIR nurini chiqarishi mumkin, bu esa ularni chuqur toʻqimalarni biologik tasvirlash va noinvaziv diagnostika uchun juda mos qiladi. Nanozarrachalar taxminan 7% kvant unumini saqlaydi va xona haroratida olti oydan ortiq vaqt davomida oʻz optik xususiyatlarini saqlab qoladi. Suvda aʼlo dispersiyalanishi, past toksikligi va kuchli fluoressensiyasi hisobga olinsa, CNPs yangi avlod biosensorlari, dori vositalarini maqsadli yetkazib berish tizimlari va biotibbiy tasvirlash agentlari uchun istiqbolli muqobil hisoblanadi.

(a) glyukozadan ultratovush bilan ishlov berish orqali tayyorlangan, diametri 5 nm dan kichik CNPs ning TEM tasviri; (b), (c) mos ravishda quyosh nuri va UV (365 nm, markazda) bilan yoritilgan, suvdagi CNPs dispersiyalarining fotosuratlari; (d–g) turli qoʻzgʻatish sharoitlaridagi CNPs ning fluoressent mikroskop tasvirlari: d, e, f va g mos ravishda 360, 390, 470 va 540 nm uchun. [Li et al. 2010]

Fluoressent porfirin nanozarrachalarining ultratovushli sintezi

Kashani-Motlagh va boshq. (2010) tadqiqotida fluoressent organik porfirin nanozarrachalarini sintez qilish uchun nazorat qilinadigan choʻktirishni yuqori intensivlikdagi ultratovush bilan ishlov berish bilan birlashtiradigan «ultratovush usuli» muvaffaqiyatli joriy etildi. Boshlangʻich modda sifatida [tetrakis(para-xlorfenil)porfirin] (TClPP) dan foydalangan guruh oʻrtacha diametri taxminan 200 nm boʻlgan sferik nanozarrachalarni hosil qildi. Ultratovush energiyasi porfirin xromoforlarining oʻz-oʻzidan agregatsiyalanishini samarali ravishda oldini oladi, natijada odatiy atrof-muhit sharoitlarida, qorongʻida kamida 30 kun davomida choʻkma hosil qilmaydigan barqaror kolloid suspenziya olinadi. Zarrachalar gidrofob oʻzaro taʼsirlar, π-π ustma-ust joylashish va vodorod bogʻlanishining birgalikdagi taʼsiri orqali fizik jihatdan barqarorlashtiriladi.

Ultratovush bilan ishlov berish hosil boʻlgan nanozarrachalarning morfologiyasiga ham, optik xususiyatlariga ham chuqur taʼsir koʻrsatadi. Muhim optik belgi monomer porfirin eritmasiga nisbatan yutilish spektrlarida sezilarli batoxrom (qizil) siljish boʻlib, u molekulalarning yassilanishi va nanotuzilma ichidagi elektron oʻzaro taʼsirlarning oʻzgarishi bilan izohlanadi. Bundan tashqari, fluoressensiya spektrlari soʻnishsiz oʻzining dastlabki shaklini saqlab qoladi, biroq yaxshilangan spektral ajratish qobiliyatini namoyon etadi.

Ultratovush bilan ishlov berish davomiyligi nanozarrachalar yigʻilishi uchun muhim boshqaruv parametri boʻlib xizmat qiladi. Qisqaroq ultratovush bilan ishlov berish vaqtlari yutilish choʻqqilari keskinroq va molyar absorbansi yuqoriroq boʻlgan zarrachalarni beradi, bu esa kichikroq va kamroq agregatsiyalangan tuzilmalarni koʻrsatadi. Aksincha, ultratovush bilan ishlov berish vaqtini uzaytirish hosil boʻlgan nanozarrachalarning umumiy sonini oshiradi va ayni paytda har bir zarrachadagi porfirin molekulalarining agregatsiya sonini koʻpaytiradi. Ushbu sozlanadigan sintez yoʻli anʼanaviy molekulyar porfirinlardan ustun boʻlgan ilgʻor optik sensorlar, oksidlanish reaksiyalari uchun fotokatalizatorlar va funksional fotonik materiallarni ishlab chiqish uchun qimmatli imkoniyat yaratadi.

Kashani-Motlagh tadqiqot guruhi (2010) fluoressent porfirin nanozarrachalarini sintez qilish uchun oddiy ultratovushli choʻktirish yoʻlini topdi.

Magnit/fluoressent nanokompozitlar sintezi

Ultratovush kremniy dioksidi qobigʻi bilan qoplangan magnit nanozarrachalar va fluoressent kvant nuqtalaridan (QDs) iborat nanokompozitlar sinteziga yordam beradi. Ushbu kompozitlar ikki funksiyali boʻlib, QDs ning ham, magnit nanozarrachalarning ham afzalliklariga ega. CdS kvant nuqtalari quyidagi tartibda sintez qilindi: avval ferro magnit suyuqlikni oʻz ichiga olgan yadrolanish plyonkasining quyi qatlamidan 2 mL va 1 mol/L CdS kvant nuqtalaridan 0,5 mL ultratovushli aralashtirish sharoitida aralashtirildi, soʻng avvalgi aralashmaga 2 mL PTEOS (oldindan polimerlangan tetraetilortosilikat) qoʻshildi va nihoyat 5 mL ammiak qoʻshildi.
Bundan tashqari, ultratovushli emulsiyalash kvant nuqtalari (QDS), magnetit nanozarrachalari va kapsulalash uchun amfifil poli(tert-butil akrilat-ko-etil akrilat-ko-metakril kislota) uch blokli kopolimerdan foydalangan holda yangi, koʻp rangli, yuqori fluoressensiyali superparamagnit nanozarrachalarni tayyorlash imkonini beradi.

200 vatt quvvatli UP200Ht ultratovush qurilmasi

Adabiyotlar / Manbalar

• Li, Haitao; He, Xiaodie; Liu, Yang; Huang, Hui; Lian, Suoyuan; Lee, Shuit-Tong; Kang, Zhenhui (2010): One-step ultrasonic synthesis of water-soluble carbon nanoparticles with excellent photoluminescent properties. Carbon 49, 2011. 605-609.
• Kashani-Motlagh, Mohamad Mehdi; Rahimi, Rahmatollah; Kachousangi, Marziye Javaheri (2010): Ultrasonic Method for the Preparation of Organic Porphyrin Nanoparticles. Molecules 15, 2010. 280-287.
• Bose, Rahul; Roychoudhury, Piya; Pal, Ruma (2021): In-situ green synthesis of fluorescent silica–silver conjugate nanodendrites using nanoporous frustules of diatoms: an unprecedented approach. Bioprocess and Biosystems Engineering 44, 2021
• Li, Jimmy Kuan-Jung; Ke, Cherng-Jyh; Lin, Cheng-An J.; Cai, Zhi-Hua; Chen, Ching-Yun; Chang, Walter H. (2011): Facile Method for Gold Nanocluster Synthesis and Fluorescence Control Using Toluene and Ultrasound. Journal of Medical and Biological Engineering, 33/1, 2011. 23-28.